JP5534505B2

JP5534505B2 - 可溶栓式ノズル

Info

Publication number: JP5534505B2
Application number: JP2009261419A
Authority: JP
Inventors: 浩二秋山; 敦金子
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: JP2011104503A

Description

本発明は、発火性が高く且つ高温の流体を輸送するポンプなどの軸の周りを封止するシール手段に設けられ、万一の漏洩流体による発火を防止するための可溶栓式ノズルに関する。

従来、発火性が高く且つ高温の流体を取り扱う石油精製プラントやケミカルプラント等においては、流体輸送用のポンプの軸封部に、消火機能を備えるメカニカルシールが使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。
図５は、従来のメカニカルシールの消火機能の一例を説明する概略図である。消火機能を備えたシール装置５０は、シールハウジング５１と、一端部がシールハウジング５１に取り付けられるとともに他端部が回転軸５２に取り付けられたメカニカルシール５３との、組み合わせ構造である。シールハウジング５１は、リング状をしており、ボルト５９によりポンプハウジングＨに装着されている。このシールハウジング５１の外周面にスチームクエンチング噴射ノズル７０が設けられている。
メカニカルシール５３は、シールハウジング５１にべローズ５４を介して固定された固定密封環５５と、回転軸５２に保持された回転密封環５６により構成される。固定密封環５５のシール面と回転密封環５６のシール面との相対摺動面Ｓにより可燃性液Ｂがシールされる。

シールハウジング５１の内周には、消火用の環状空間部ＳＲを形成し、シールハウジング５１の外側内周面と回転軸５２の外周面との間にセグメントシールリング５８を設ける。消火用の環状空間部ＳＲに向けてシールハウジング５１の外周面から内方に向けて可溶栓式ノズル６０を設ける。可溶栓式ノズル６０にはＮ_２ガス供給配管６１が接続されている。
また、シールハウジング５１の外側面を覆うように断面がＬ字状のスマザーリング６２が設けられ、回転軸５２の外周面、シールハウジング５１の外側面及びスマザーリング６２内面との間でリング状の収容空間６３が形成されている。スマザーリング６２の外周面にはスチ−ム配管６４が接続されている。スチ−ム配管６４には電磁駆動の圧力調整弁６５が設けられており、該圧力調整弁６５はＮ_２ガス供給配管６１内のＮ_２ライン圧力が低下すると全開してスチ−ムを供給するようになっている。

シールハウジング５１の内周面部にスリーブ６６が設けられており、このスリーブ６６の一端のフランジ部をシールハウジング５１にボルトにより固定して軸５２に対して間隙通路Ｌを設けて嵌合する。また、スリーブ６６の外周面は、シール装置５３の内周面との間に間隙流通路を設けて嵌合する。このスリーブ６６の内周面と軸５２との嵌合した間の間隙通路Ｌは、可溶栓式ノズル６０から噴射されたＮ_２ガスが通過できるように形成されている。また、スリーブ６６の外周面とシール装置５３との間隙流通路は、スチームクエンチング噴射ノズル７０から噴射されるクエンチングスチームを誘導して流す。

可溶栓式ノズル６０は、図６及び図７のように構成されている。図６（ａ）は、可溶栓式ノズル６０の正面断面図であり、図６（ｂ）は、その側面図である。可溶栓式ノズル６０は、内部に有底筒状の噴出孔６７が形成され、その底部には、外周面に沿って多数の噴射孔６８が設けられるとともに、底面にも噴射孔６８が設けられている。そして、噴射孔６８は、図７に示すように溶融半田を充填した可溶栓６９により塞がれている。
図７は、噴射孔６８に溶融半田を充填した可溶栓６９により噴射孔６８を塞ぐ場合のばらつきを説明する要部断面図であり、（ａ）は溶融半田が少なく凹んで形成された状態を、また、（ｂ）は溶融半田が盛り上がって形成された状態を示している。

上述のように構成された消火機能を備えたシール装置５０は、常時、スチームクエンチング噴射ノズル７０からクエンチングスチームをスリーブ６６の外周面とメカニカルシール５３との間隙流通路を通して相対摺動面に圧送し、メカニカルシールの相対摺動面Ｓから漏洩する可燃性液Ｂを洗浄する。同時に、クエンチングスチームによりシール装置５３の内周面を洗浄するとともに、シール装置５３を冷却する。

そして、仮に、シール装置５３が故障した場合には、相対摺動面Ｓから漏洩した可燃性液Ｂは、スリーブ６６の内周面側の間隙通路Ｌを通り、環状空間部ＳＲに至って可溶栓式ノズル６０の可溶栓６９を溶解する。このため、可溶栓式ノズル６０の噴出孔６７及び噴射孔６８からＮ_２ガスを噴射して可燃性液Ｂの冷却、大気との遮断、初期消火を行う。Ｎ_２ガスの噴射に伴い、Ｎ_２ガス供給配管６１内のＮ_２ライン圧力が低下する。これを圧力検知し、アラームを発すると共に、消火用の環状空間部ＳＲの外側に設けられたリング状の収容空間６３に接続されたスチ−ム配管６４の圧力調整弁６５を開き、大量のスチームを放出させて消火を行う。

ところが、従来技術においては、可溶栓式ノズル６０の噴射孔６８を塞ぐ可溶栓６９の溶着具合が図７に示すようにばらつきが大きく、使用時に性能のばらつきが非常に大きく安定しないという問題があった。さらに、可溶栓６９は溶解して接着させるため、溶解時の酸化などにより取り付ける半田の劣化を招き、これがまた製品性能の不安定を増大させるという問題があった。

実公昭５７−１５４４０号公報特開平８−３０３６０７号公報特開２００６−２４９９４８号公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、本発明の第１の目的は、可溶栓式ノズルの可溶栓の寸法精度を高く仕上げることで製品性能の安定な可溶栓式ノズルを提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、可溶栓式ノズルの可溶栓の製造過程において可溶栓に熱を加えることなく可溶栓材質の性質変化を防止して溶融温度の安定な可溶栓式ノズルを提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、可溶栓式ノズルの可溶栓の厚み及び材質を変更することで、幅広い範囲の温度及び圧力に対応できる可溶栓式ノズルを提供することにある。

上述の目的を達成するために本発明の可溶栓式ノズルは、第１に、可燃性の流体を封止するシール手段に装着され、シール手段からの可燃性の流体の漏洩を検知すると消火用の流体を放出する可溶栓式ノズルにおいて、軸方向に設けられた放出通路の先端付近に、熱を加えられることなく、機械加工により板状に形成された低融点金属からなる可溶栓を装着してなることを特徴としている。

第１の特徴によれば、可溶栓の寸法精度を高く仕上げることができるので製品性能の安定な可溶栓式ノズルを得ることができる。
また、可溶栓の製造過程において可溶栓に熱を加えることがないので可溶栓材質の性質変化を防止でき、溶融温度の安定な可溶栓式ノズルを得ることができる。
さらに、可溶栓の厚みを機械加工により所望の厚みに変更することで、可燃性の流体の幅広い範囲の温度及び圧力に対応できる可溶栓式ノズルを得ることができる。また、併せて可溶栓の材質も変更することにより、より一層の幅広い対応が可能となる。

本発明の可溶栓式ノズルは、第２に、第１の特徴において、可溶栓式ノズルを、本体ノズル部材と該本体の先端の雄螺子部に螺合する雌螺子部を有する先端ノズル部材より形成し、可溶栓を本体ノズル部材の先端部の端面と先端ノズル部材内部の可溶栓収納凹部との間で挟着するようにしてなることを特徴としている。

第２の特徴によれば、可溶栓の装着においても、従来技術のような溶解による装着ではなく、２つの部材による挟着による方式のため、製品の劣化の問題がなく、製品性能の不安定を増大させるという従来技術の問題も解消できる。
また、可溶栓の装着作業が簡単であり、さらに、可溶栓が使用において劣化した場合の交換作業も容易に行うことができる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）機械加工により板状に形成された低融点金属からなる可溶栓を用いることにより、可溶栓の寸法精度を高く仕上げることができるので製品性能の安定な可溶栓式ノズルを得ることができる。
また、可溶栓の製造過程において可溶栓に熱を加えることがないので可溶栓材質の性質変化を防止でき、溶融温度の安定な可溶栓式ノズルを得ることができる。
さらに、可溶栓の厚みを機械加工により所望の厚みに変更することで、可燃性の流体の幅広い範囲の温度及び圧力に対応できる可溶栓式ノズルを得ることができる。また、併せて可溶栓の材質も変更することにより、より一層の幅広い対応が可能となる。

（２）可溶栓式ノズルを、本体ノズル部材と該本体の先端の雄螺子部に螺合する雌螺子部を有する先端ノズル部材より形成し、可溶栓を本体ノズル部材の先端部の端面と先端ノズル部材内部の可溶栓収納凹部との間で挟着することにより、可溶栓の装着においても、従来技術のような溶解による装着ではなく、２つの部材による挟着による方式のため、製品の劣化の問題がなく、製品性能の不安定を増大させるという従来技術の問題も解消できる。
また、可溶栓の装着作業が簡単であり、さらに、可溶栓が使用において劣化した場合の交換作業も容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係り、可溶栓式ノズルが装着されるシール装置全体を示す正面断面図である。図１のＡ矢視図である。本発明の実施形態に係り、可溶栓式ノズル取付孔に可溶栓式ノズルを装着した状態を示す要部の正面断面図である。本発明の実施の形態の可溶栓式ノズルを示すものであって、（ａ）は正面図で上側が断面状態を示しており、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。従来のメカニカルシールの消火機能の一例を説明する概略図である。従来の可溶栓式ノズルの構成を説明するものであって、（ａ）は、正面断面図であり、（ｂ）は、その側面図である。従来の可溶栓式ノズルにおいて、噴射孔に溶融半田を充填した可溶栓により噴射孔を塞ぐ場合のばらつきを説明する要部断面図である。

本発明に係る可溶栓式ノズルを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

図１は、本発明の実施形態に係る可溶栓式ノズルが装着されるシール装置全体を示す正面断面図、図２は、図１のＡ矢視図、図３は、可溶栓式ノズル取付孔に可溶栓式ノズルを装着した状態を示す要部の正面断面図である。
図１において、参照符号１は、石油精製、石油化学および製鉄化学等において２００℃を越えるような発火性の高温液、たとえば、石油精製プラントの減圧蒸留設備の熱油を扱うポンプ等における軸封部のハウジング、参照符号２はハウジング１にボルト３等の固定手段により装着されるシールカバーである。また、図中左側が機内側、図中右側が機外側（大気側）である。

この実施の形態によるメカニカルシールは、回転軸４とハウジング１との間に形成した軸封部５に装着されて、回転軸４とハウジング１との間をシールするメカニカルシールであって、シールカバー２側に装着されたカラー６と、該カラー６に連結されるベローズ７と、該ベローズ７に連結されるリテーナ８と、該リテーナ８と焼嵌め等により密封的に係合するシールリング９と、回転軸４側に取り付けられるメイティングリング１０とを備えている。

シールリング９は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックス等から形成される筒状をなすものであって、メイティングリング１０との摺動面において回転軸４の軸線に垂直なシール面Ｓを形成している。

シールリング９、リテーナ８、ベローズ７及びカラー６の内周側には所定の間隔をおいて筒状のバッフルスリーブ１１が取り付けられ、このバッフルスリーブ１１によってシールカバー２に設けられたクエンチング液供給孔１２（破線で示されている。）から供給されるクエンチング液がシール面Ｓに確実に導かれるようになっている。また、シールカバー２には軸封部５の機内側流体Ｂのエアを抜くためのエアベント孔２４が設けられている。さらに、シールカバー２の機外側寄りに位置する内周部と回転軸４外周部との間には、クエンチシール１３が設けられて、クエンチング液供給孔１２からバッフルスリーブ１１側に供給されるクエンチング液をシールしている。１４は、クエンチシール１３のホルダーであって、シールカバー２にボルト１５によって固定されている。シールカバー２の内周には、消火用の環状空間部ＳＲが形成され、クエンチシール１３によってシールされている。消火用の環状空間部ＳＲの下方に位置して大気に連通するドレン孔２５が設けられている。

メイティングリング１０はパッキン１６を介してリテーナ１７に取り付けられており、リテーナ１７は回転軸４外周にスリーブカラー１９により固着されたスリーブ１８を介して回転軸に固定されている。メイティングリング１０は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックス等から形成される筒状をなすものであって、軸線方向の一端面はシールリング９のシール端面と接触する回転軸４の軸線に垂直なシール面Ｓを形成する。

シールカバー２の外側面を覆うように断面がＬ字状のスマザーリング２０が設けられ、回転軸４の外周面、シールカバー２の外側面及びスマザーリング２０内面との間でリング状の収容空間２１が形成されている。スマザーリング２０はその外周面においてソケットボルト２２によりシールカバー２の外周面に固定されている。また、スマザーリング２０の外周面にはスチ−ム配管が接続されるスチ−ム配管接続部材２３が設けられている。さらに、収容空間２１の下方にスチーム排出口２６が設けられる。

図２を参照すると、シールカバー２に設けられるクエンチング液供給孔１２、エアベント孔２４及びドレン孔２５の円周方向位置、並びにスマザーリング２０に設けられるスチ−ム配管接続部材２３及びスチーム排出口２６の円周方向位置が示されている。
また、図２には、図３に示す可溶栓式ノズル３０の円周方向取付け位置が示されている。可溶栓式ノズル３０は、図３に示すようにシールカバー２に設けられた可溶栓式ノズル取付孔４６に装着されるものであり、可溶栓式ノズル取付け孔４６は円周方向位置としては回転軸中心より下方に位置し、軸方向位置としては消火用の環状空間部ＳＲに臨む位置に設けられる。

図３は、可溶栓式ノズル取付孔４６に可溶栓式ノズル３０を装着した状態を示す要部の正面断面図であって、説明の都合上、可溶栓式ノズル３０が上下方向に向けて示されている。
図３に示す可溶栓式ノズル３０には、Ｎ_２ガス供給配管４３が接続されており、また、スマザーリング２０の外周面のスチ−ム配管接続部材２３にはスチ−ム配管４４が接続されている。スチ−ム配管４４には電磁駆動の圧力調整弁４５が設けられており、該圧力調整弁４５はＮ_２ガス供給配管４３内のＮ_２ライン圧力が低下すると全開してスチ−ムを供給するようになっている。
なお、本発明に係る可溶栓式ノズル３０は、図３に示すＮ_２ガス供給配管４３を省略し、可溶栓式ノズル３０にスチ−ム配管４４を接続する方式等の種々の形式のものにも適用できるものである。

図４は、本発明の実施の形態の可溶栓式ノズルを示すものであって、（ａ）は正面図で上側が断面状態を示しており、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。
可溶栓式ノズル３０は、本体ノズル部材３１と、該本体ノズル部材３１の先端の雄螺子部３２に螺合する雌螺子部３４を有する先端ノズル部材３３と、両ノズル部材間に装着される可溶栓３５とより構成されている。
本体ノズル部材３１は、外形がボルト形状をしており、内部に軸方向に貫通する放出通路３６が設けられ、該放出通路３６の元部にＮ_２ガス供給配管またはスチ−ム配管を接続するための雌螺子孔３７が設けられている。また、本体ノズル部材３１の元部外面３８は六角ナット形状に形成され、さらに、少し先端側に寄った外面には可溶栓式ノズル取付孔４６に螺合する雄螺子部３９が設けられている。

可溶栓３５は、熱を加えられることなく、機械加工により円板状に形成されるもので、厚さなどの寸法精度が高く仕上げられている。また、可溶栓３５の材質は、可燃性液Ｂの温度により選定されるが、可燃性液Ｂの温度は、一般に、２２０℃から４５０℃であるから、例えば、半田、Ｓｎ、Ｐｂ、等を主成分とする合金から選ばれる。この可溶栓３５の厚さ及び材質を変更することにより、可燃性液Ｂの温度及び圧力の幅広い範囲に対応することができる。

先端ノズル部材３３は、筒状をなしており、内部に軸方向に貫通する放出通路４０が設けられ、元部側の内面に前記の雌螺子部３４が形成されている。雌螺子部３４の内径は可溶栓３５の外径より少し大きく設定され、放出通路４０の先端側通路の内径は可溶栓３５の外径より少し小さく設定され、放出通路４０の元部側の雌螺子部３４と先端側通路との間に可溶栓３５の収納凹部４１が形成されている。
可溶栓３５の装着は、本体ノズル部材３１と先端ノズル部材３３との螺合を解いた状態において、先端ノズル部材３３の収納凹部４１に放出通路４０の軸方向と直交するようにして円板状の可溶栓３５を挿入し、その後、本体ノズル部材３１と先端ノズル部材３３とを螺合させ、可溶栓３５を本体ノズル部材３１の先端部の端面と先端ノズル部材３３の可溶栓収納凹部４１との間で挟着するようにして行われる。
図４（ｃ）に示すように、先端ノズル部材３３先端側外面にスパナ等の工具を係合できる１対の平行平面部４２を形成しておくと便利である。

そして、仮に、メカニカルシールが故障した場合には、相対摺動面Ｓから漏洩した可燃性液Ｂは、図３に示すように、バッフルスリーブ１１の内周面側の間隙通路Ｌを通り、環状空間部ＳＲに至って可溶栓式ノズル３０の可溶栓３５を溶解する。このため、可溶栓式ノズル３０の放出通路３６からＮ_２ガスを噴射して環状空間部ＳＲに漏洩した可燃性液Ｂの冷却、大気との遮断、初期消火を行う。Ｎ_２ガスの噴射に伴い、Ｎ_２ガス供給配管４３内のＮ_２ライン圧力が低下する。これを圧力検知し、アラームを発すると共に、消火用の環状空間部ＳＲの外側に設けられたリング状の収容空間２１に接続されたスチ−ム配管４４の圧力調整弁４５を開き、大量のスチームを放出させて消火を行う。

本発明においては、可溶栓式ノズル３０の放出通路３６を塞ぐ可溶栓３５が、可溶栓３５の製造過程において可溶栓３５に熱を加えられることなく、機械加工により円板状に形成されるもので、厚さなどの寸法精度が高く仕上げられているため、従来技術のような形状及び材質のばらつきがなく、使用時に性能が安定したものとなる。
また、可溶栓３５の装着においても、従来技術のような溶解による装着ではなく、２つの部材による挟着による方式のため、製品の劣化の問題がなく、製品性能の不安定を増大させるという従来技術の問題も解消できる。
さらに、可溶栓３５の厚みを機械加工により適宜変更することで、幅広い範囲の温度及び圧力に対応できる可溶栓式ノズルを提供することができる。また、併せて可溶栓３５の材質も変更することにより、より一層の幅広い対応が可能となる。

１ハウジング
２シールカバー
３ボルト
４回転軸
５軸封部
６カラー
７ベローズ
８リテーナ
９シールリング
１０メイティングリング
１１バッフルスリーブ
１２クエンチング液供給孔
１３クエンチシール
１４ホルダー
１５ボルト
１６パッキン
１７リテーナ
１８スリーブ
１９スリーブカラー
２０スマザーリング
２１収容空間
２２ソケットボルト
２３スチ−ム配管接続部材
２４エアベント孔
２５ドレン孔
２６スチーム排出口
３０可溶栓式ノズル
３１本体ノズル部材
３２雄螺子部
３３先端ノズル部材
３４雌螺子部
３５可溶栓
３６放出通路
３７雌螺子孔
３８頭部外面
３９雄螺子部
４０放出通路
４１収納凹部
４２平行平面部
４３Ｎ_２ガス供給配管
４４スチ−ム配管
４５圧力調整弁
４６可溶栓式ノズル取付孔

Claims

可燃性の流体を封止するシール手段に装着され、シール手段からの可燃性の流体の漏洩を検知すると消火用の流体を放出する可溶栓式ノズルにおいて、軸方向に設けられた放出通路の先端付近に、熱を加えられることなく、機械加工により板状に形成された低融点金属からなる可溶栓を装着してなることを特徴とする可溶栓式ノズル。
可溶栓式ノズルを、本体ノズル部材と該本体の先端の雄螺子部に螺合する雌螺子部を有する先端ノズル部材より形成し、可溶栓を本体ノズル部材の先端部の端面と先端ノズル部材内部の可溶栓収納凹部との間で挟着するようにしてなることを特徴とする請求項１記載の可溶栓式ノズル。